研究透视：Nat. Nanotech.-拓扑磁结构-首次发现“磁束子”

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拓扑磁电子学，是拓扑磁结构的产生和操控。在手性磁性材料中，一种名为磁斯格明子（Magnetic skyrmion）的纳米尺度磁结构，其磁矩呈涡旋状排列，可以产生单位磁性拓扑荷及层展电磁场，从而电子和磁斯格明子具有强自旋-电子相互作用。近日，中科院合肥研究院强磁场中心汤进，杜海峰等与安徽大学和美国新罕布什尔大学通力合作，在Nature Nanotechnology上发文，提出了一种由中间层“磁斯格明子袋”与表面层“多拓扑态磁涡旋”结合的三维多拓扑态磁结构。考虑其构型类似于超导重超导涡旋束，这种磁结构被命名为“磁斯格明子束子”（Skyrmion Bundles），简称“磁束子”。

利用聚焦离子束微纳加工技术，制备纳米条带器件，通过零磁场对斯格明子和螺旋磁畴混合态反转磁场的方法，成功实现了新型“磁束子”拓扑磁结构。利用洛伦兹透射电子显微镜原位磁结构观测及调控技术，首次观察到具有不同磁拓扑荷的“磁束子”，纳秒脉冲电流驱动下“磁束子”的运动行为。多拓扑荷 “磁束子”具有粒子行为，能够作为一个整体在电流驱动下运动，其运动轨迹与拓扑荷符号密切相关。

图为磁相图的场和温度依赖性。150 nm 厚的 FeGe 板的磁相图。b在 T = 270K 和 B ~ 200 mT 时， Q = -1 的斯格明子晶格的面内磁化映射。c在 T = 270K 和 B ~ -200mT 时， Q = 1 的斯格明子晶格的面内磁化映射。b 和 c 中的比例尺为 100 nm。d负场增加到 B ~ 0 mT，从零场和 T = 260 K 的螺旋域，过渡到混合的斯格明子和螺旋。在B~ -70 mT 的负场冷却过程中，混合状态持续存在。T = 95 K 时的零场混合状态最终是通过将场减少到零来实现的。d中的比例尺为 500 nm。SS、FM、PM 和 SkL 分别代表自旋螺旋、铁磁态、顺磁态和斯格明子晶格。d 中的散焦值为 -1000 μm。

图为Q = 2 和 Q = 5 的磁束的电流驱动运动。电流密度为j～4.2×1010 A·m-2，磁场为B～100 mT。洛伦兹图像是在离焦条件下获得的，离焦值为-1000 μm。所有图中的比例尺均为 500 nm。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41565-021-00954-9

原文链接：https://www.koushare.com/periodical/Techinformdetail/5829

文章来源：中国科学院合肥物质科学研究院科学岛新闻网。

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